Проектирование как форма инженерной деятельности

Сокращение времени инвестиционного цикла, создание постинду­стриального общества требуют улучшения качества проектирования — выпуска документации для капитального строительства, реконструк­ции, модернизации, расширения и технического перевооружения пред­приятий, агрегатов, сооружений и других объектов. Но что такое про­ектирование как форма инженерной деятельности, чем она отличается от проектно-конструкторских работ, работ по технологической под­готовке производства? Проектные организации разрабатывают доку­ментацию, которая обеспечивает создание и развитие предприятий (городов) как техноценозов. Конструкторские, проектноконструкторские, проектно-технологические организации разрабатывают докумен­тацию на изделие, материал, технологию как на вид. В этом принци­пиальная разница между проектированием и конструированием.

Отделение проектирования от конструирования — процесс историче­ски длинный. В 1869-1872 гг. в России было разработано положение об условных обозначениях для чертежей промышленных предприя­тий, очень похожих на рисунки. Это было еще не проектирование, но уже и не конструирование. Курс на индустриализацию страны привел к строительству заводов металлопромышленности [первоочередная задача - по определению XIV конференции РКП (б), 1925 г.], к со­зданию системы крупных проектных организаций [Гипромез (1926 г.), Гипроцветмет, Гипромаш, Гипрошахт и т. д.], дополненной впоследствии системой специализированных проектных организаций — ГПИ (Тяжпромэлектропроект, Сантехпроект и др.). В 1990 г. в СССР было около 1800 проектных институтов (и еще примерно 30000 мел­ких подразделений) и затраты на проектирование техноценозов превы­сили 7,8 млрд. руб.

Система электроснабжения создается из готовых силовых трансфор­маторов, готовых выключателей, готовой кабельной продукции. Кон­струкция электротехнического изделия нужна для правильного ее выбо­ра и правильной последующей эксплуатации изделия. От проектиров­щика-электрика требуется не конструирование нового изделия, а уме­ние дать замечания по существующему оборудованию и сформулиро­вать требования к новому, которое улучшит функционирование дей­ствующего предприятия.

Мы охарактеризовали электрическое хозяйство количественно изде­лиями, которые его образуют, и указали их число, которое составляет 10¹⁰ (общее количество изделий, узлов, деталей, которые образуют

крупное предприятие, оценивается 10¹¹). Покажем принципиальное отличие технических систем этого типа как техноценозов от изделия сак технической системы и принципиальное различие конструктор-:кой и проектной деятельности.

Нарастание числа элементов и усложение связей дают качественные скачки. Приняв за критерий классификации степень сложности, мож­но классифицировать технические объекты в порядке возрастания сложности: детали, узлы, простые изделия (предохранитель, редуктор); агрегаты и изделия средней сложности (электродвигатель); сложные изделия (автомобиль, цветной телевизор, система автоматизированно­го электропривода агрегата); системы, состоящие из практически счет­ного количества слабо связанных и слабо взаимодействующих изде­лий. Это и есть техноценозы (цех, завод, отрасль, село, город, террито­риально-промышленный комплекс с соответствующей электрической частью).

Для любой детерминированной системы, т. е. причинно обусловлен­ной, с жесткими функциональными зависимостями (например, при заданном напряжении и сопротивлении ток I = U/R) могут быть пред­ложены вычислительные процедуры и разрешимые математические отношения: разработан алгоритм, составлена программа, проведены вычисления. Поэтому реализованы САПР редуктора, электродвигателя и таких систем, как самолет, генераторный блок, процессор ЭВМ. Каждый раз речь идет о проектировании изделия как технической си­стемы, каким бы сложным изделие ни было (корабль, эксперименталь­ная установка, металлорежущий станок). Автоматизация проектирова­ния стала необходимой, потому что разработка, например, самолетов принципиально новых типов растянулась на 8—10 лет и приблизилась к времени морального старения новой машины. Самолет, не успев взлететь, оказывается неэффективным. САПР таких сложных техниче­ских систем в проектно-конструкторских институтах требовала 6— 9 лет и затрат на создание 10-11 млн. долл.

Простые и сложные вероятностные системы подлежат решению с учетом различных экономико-математических методов, методов си­стемного анализа. При этом подразумевается, что проектируемая тех­ническая система обладает набором конечного числа параметров, что они сами и зависимости между ними имеют хотя и случайный харак­тер, но предсказуемы, обсчитываемы, каждый раз есть математическое ожидание и конечная дисперсия. Описав тот или иной уровень систе­мы электроснабжения системой показателей, мы осуществили сверт­ку практически счетного множества и можем оптимизировать ре­зультат.

Наиболее сложной вероятностной системой является техноценоз — техническая система типа промышленного предприятия (отрасль — как набор крупных агрегатов). Эту систему нельзя назвать изде­лием.

Принципиально различие заключается в том, что изделие определено жесткими причинными законами, опирающимися на механику, электро­технику. Допускаются вероятностные отклонения параметров, разные технические решения, но трансформатор на 6 кВ не подходит на 10 кВ. При проектировании техноценоза выбор каждого изделия жестко не определен, во многом случаен. Замена на другое изделие по габаритам, энергетическим характеристикам возможна в широком пределе. Во вре­мя поставки, строительства, последующей эксплуатации все изделия заменяются на различающиеся.

Важны различия при отказах. Для изделий, включая сложные, отказ отдельной детали может привести к отказу системы в целом. Дубли­рование и другие меры по обеспечению надежности не отменяют особен­ности, заключающейся в жестких связях. В техноценозах отказ любого изделия не отражается на функционировании техноценоза. Его жизнен­ная устойчивость неизмеримо выше. Проектная документация на изде­лие конечна и перечислима. Количество проектной документации на действующее предприятие необозримо и непредставимо.

Принципиальное материальное отличие (различие технической реальности) влечет за собой принципиальную разницу в конструкторской деятельности при создании изделия, в проектной деятельности — при создании техноценоза. Покажем это на схеме эволюции техники и тех­нологии (рис. 14.1), являющейся кибернетической интерпретацией за­кона информационного отбора. Цикл техноэволюции замкнут, и его рассмотрение можно начинать с любого места. По традиции началом считается какое-либо открытие, завершающееся научно-исследователь­скими и опытно-конструкторскими работами (НИОКР) по созданию новых изделий, технологий, материала, или инженерная деятельность. В результате рождается документ на изделие (множество разрешений, согласований, технических условий, рабочей документации и др.).

Назовем конструирование этапом создания документации на изде­лие. Состав и объем конструкторской документации оговорены систе­мой стандартов. Устанавливаются следующие виды изделий: детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты. Конструкторские доку­менты подразделяются на виды: чертеж детали, сборочный чертеж, чертеж общего вида, теоретический чертеж, габаритный чертеж, электро­монтажный чертеж, упаковочный чертеж, схема, спецификация, ведо­мости (спецификаций, ссылочных документов, покупных изделий, согласований применения покупных изделий, держателей подлинников, технического предложения, эскизного проекта, технического проекта), пояснительная записка, технические условия, программа и методика испытаний, таблица, расчет, эксплуатационные документы, ремонт­ные документы, патентный формуляр, карта технического уровня и качества изделия, инструкция.

САПР любого изделия должен обеспечивать выпуск указанных конструкторских чертежей, текстовых и табличных материалов, имеющих

особенности, которые связаны с выпуском экспериментальных и опыт­ных образцов, единичных изделий и мелких серий, массовых изделий.

По разработанной конструкторской документации осуществляется изготовление изделия, что выполняется на основе системы документа­ции по технической (технологической) подготовке производства и другой, в том числе проектной, обеспечивающей выпуск продукции.

Приняв, что документ есть материальный объект, содержащий закрепленную информацию и предназначенный для ее передачи и использования, определим проектирование деятельностью, обеспечивающей закрепление информации в виде документа, на основе которого осуще­ствляется строительство, реконструкция, расширение и техническое перевооружение крупных и сложных предприятий и сооружений, от­дельных цехов, отделений и других объектов как технических систем типа техноценоз.

Группа изделий одного вида, размещенных проектировщиком в конкретном цехе, может отражать хорошее техническое решение, и тогда оно получает все большее распространение (и наоборот). Так, тиристорные преобразователи не только вытеснили в поставках другие виды преобразователей, но и привели к созданию новой пускорегули-рующей и защитной аппаратуры, вызвали определенные изменения в системе электроснабжения.

Происходит своеобразная борьба за существование: масляные, сухие и с негорючим заполнением трансформаторы; элегазовые, масляные, вакуумные и воздушные выключатели; короткозамыкатели с отдели­телями, выключатели; предохранители, тепловые расцепители.

Предполагается, что проектировщик оценивает тенденцию. Подчерк­нем необходимость во всех случаях организации обратных связей проект — его осуществление (строительство и монтаж) — эксплуата­ция — анализ результатов для использования в проекте. Обратная связь должна основываться на системе показателей, иерархически характе­ризующей электрическое хозяйство предприятия в целом. Показатели должны быть обязательной частью проекта, анализироваться после окончания строительства и в процессе эксплуатации. С появлением ЭВМ такая возможность появилась в массовом масштабе.

В результате функционирования предприятия происходит оценка изделия как вида, оценка проектных решений. Действует своеобразный контроль, на основании которого происходит информационный отбор, создается мнение о работоспособности изделия, о необходимости сня­тия его с производства и т. д. Это мнение материализуется (закрепля­ется) в документе. Документ или сохраняется (тогда изделия продол­жают выпускаться и прежние технические решения сохраняются), или в него вносятся изменения (индексация документации), или анну­лируется (выпуск изделия прекращается), или выносится решение о проведении новых исследований и создании нового документа (НИОКР). Время течет, даже если за один цикл не произошло измене­ний в выпуске изделия. Поэтому каждый выпуск квазистационарен.

Множество всех циклов, включающих все устанавливаемые изделия, должно увязываться между собой. Во всем мире возрастает значение предварительных оценок, оценок сверху, консалтинговой деятельно­сти. В стране намечено укрепить взаимосвязи прогнозирования, пер­спективного и текущего планирования. Возрастает значение электри­ки административно-хозяйственных единиц (республик, областей, регионов и др.), САПР электрической части схемы развития и разме­щения предприятий данной отрасли и ТЭО каждого предприятия. Сба­лансированность требующихся ресурсов (электрических мощностей, объемов электропотребления, количества электрооборудования и про­водниковой продукции, объемов капитальных вложений) по всей гене­ральной совокупности цехов (производств) и предприятий находит отражение в количественных ограничениях, накладываемых Н-распре-делением (см. гл. 16).

Будем называть прогнозным проектированием комплекс вопросов, решаемых по электрической части предприятия на 5, 10, 15 лет и более на стадиях схемы развития и ТЭО (тендерных предложений).

Таким образом, проектирование (и создание САПР), понимаемое максимально широко, подразделяется на конструирование, которое выпускает проектно-конструкторскую и технологическую документа­цию, обеспечивающую выпуск изделия (технологии, материала); на проектирование, обеспечивающее проектно-сметную документа­цию для объектов капитального строительства, реконструкции, техни­ческого перевооружения; на прогнозное проектирование, решающее перспективные вопросы развития региона и (или) отрасли (предприя­тия) и сбалансированно определяющего необходимые ресурсы и объем продукции.

Для обеспечения каждой деятельности (конструирования, проектирования, прогнозного проектирования) создается своя САПР, имеющая свою специфику и опирающаяся на свои законы и закономерности. Мы в дальнейшем будем рассматривать проектирование применительно к САПР-электро и частично касаться прогнозного проектирования.

Создание и развитие САПР конструирования и САПР проектирова­ния распадается на ряд стадий, которые связаны с этапами проектиро­вания, с назначением организации, где создается САПР, с проектируе­мыми объектами. Оказалось необходимым и выделение обеспечи­вающих (САПР-информ, методология, лингвистика и др.) подсистем и подсистем управления проектированием (различные АСУ, действую­щее внутри проектной организации).

Мы показали особенности электрического хозяйства современных промышленных предприятий как систем нового типа, возникших в последние десятилетия, и оформление проектирования как нового вида инженерной деятельности. Практическая счетность элементов, не­гауссов характер многих показателей и параметров (действие Н-распределения) при бесконечной дисперсии, неформализуемость приня-

тия проектных решений затрудняют создание САПР, а возможность системного описания электрического хозяйства, устойчивость его развития и структуры облегчают задачу.